JP2018127882A - Method of optimizing track - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of maneuvering a railroad maintenance machine capable of optimizing the track position and running on the track after the drive test by a track measuring vehicle which can run on the track.SOLUTION: For the purpose of providing a suitable measuring behavior, a test drive is carried out by a track measuring vehicle provided with an inertia navigation device which is capable of running on the track in the first place. A wheel of the track measuring vehicle is pressed against a rail to measure the length of a curve by an odometer so that angular position of the inertia navigation device with respect to the cartesian coordinate systems x, y, z is measured and stored. After the test drive, the coordinate point of the track of the inertia navigation device in the coordinate space is calculated based on the stored angular position by interpolation calculation. Based on the coordinate point of the track that is optimized in such a manner, the position graph is created by setting z-element to zero and the longitudinal section is generated by setting x-element to zero, followed by drawing a single curve calculated by mathematical associative function over the coordinate points.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、軌道位置を最適化し、1つの機械フレームに支持された少なくとも2つの車軸と1つの航行装置と車輪をレールに押圧するための1つの設備と当該レールの曲線の長さを測定するための走行距離計とを有する軌道を走行可能な軌道測定車両による測定走行後に、軌道を走行可能な鉄道保守機械を操縦するための方法に関する。   The present invention optimizes the track position, measures at least two axles supported by one machine frame, one navigation device, one piece of equipment for pushing the wheels against the rail, and the length of the curve of the rail. The present invention relates to a method for operating a railway maintenance machine capable of traveling on a track after measurement traveling by a track measuring vehicle capable of traveling on a track having an odometer.

鉄道用の多くの軌道は、バラスト軌道として構成されている。この場合、まくら木が、バラスト内に存在する。不規則なまくら木の沈下及び軌道の横方向の位置形状の変位が、軌道上を走行する列車の車輪の作用力によって引き起こされる。縦軸方向の高さの誤差、(曲線内の)カントの誤差、及び方向位置の誤差が、バラスト道床の沈下によって発生する。これらの形状変数の所定の乗り心地限界値又は安全性限界値が超えられると、保全作業が実行される。   Many railroad tracks are configured as ballast tracks. In this case, sleepers are present in the ballast. Irregular sleeper settling and displacement of the lateral position of the track are caused by the acting forces of the wheels of the train running on the track. Vertical height errors, cant errors (within the curve), and directional position errors are caused by ballast subsidence. When the predetermined riding comfort limit values or safety limit values of these shape variables are exceeded, maintenance work is performed.

今日では、多くの場合に、これらの形状軌道誤差の除去及び誤差が、鉄道保守機械によって実行される。当該軌道が、このような軌道形状の改善作業後に再び問題なく使用され得るように、当該鉄道保守機械は、いわゆる検査測定装置及び検査記録装置を装備している。保線機械又はこのような方法による改善後の軌道位置の品質に対して、検定公差が規定されている。当該検定公差は、成された形状の改善の品質の最低要求を示す。当該最低要求が、当該検査測定装置及び検査記録装置によって検査される。このときに挙げるべき重要な補正すべき変数及び記録すべき変数は、狂い、軌道の縦軸方向の高さ、軌道の方向又は横方向の位置、及び軌道の横方向の傾き又はカントである。タンピング機械のような鉄道保守機械が、列車の荷重によって劣化した軌道形状を整正する。このため、軌道が、電気油圧式に制御される昇降整正装置によって目標位置に整正される。   Today, in many cases, removal and error of these shape trajectory errors are performed by railway maintenance machines. The railroad maintenance machine is equipped with a so-called inspection measuring device and inspection recording device so that the track can be used again without any problem after the work for improving the track shape. Test tolerances are specified for track quality after track maintenance or improved by such methods. The verification tolerance indicates a minimum requirement for the quality of the shape improvement made. The minimum requirement is inspected by the inspection and measurement apparatus and the inspection recording apparatus. Important variables to be corrected and recorded at this time are deviation, vertical height of the trajectory, trajectory direction or lateral position, and lateral trajectory or cant of the trajectory. Railway maintenance machines, such as tamping machines, correct the track shape that has deteriorated due to the train load. For this reason, the trajectory is adjusted to the target position by the lifting / lowering adjustment device controlled by the electrohydraulic method.

保線機械の保全作業後の残留誤差が小さい程、車両間の相互作用力がより小さくなり、軌道形状が、車両運行中により緩やかに劣化し、軌道位置の不変性がより大きくなる。それ故に、軌道形状をその目標位置に可能な限り近づけることが望ましい。何故なら、関連する相当なコスト及び手間が節約され得るからである。列車が速く走行する程、許容公差値はより小さい。誤差の(一般に3m〜70mの波長誤差(Fehlerwellenlaenge))の補正が、走行する列車のために重要である。考慮すべき波長誤差は、区間速度に合わせて調整される。   The smaller the residual error after the maintenance work of the track maintenance machine, the smaller the interaction force between the vehicles, and the track shape deteriorates more slowly during vehicle operation, and the invariance of the track position becomes larger. It is therefore desirable to make the trajectory shape as close as possible to its target position. This is because considerable costs and labor associated with it can be saved. The faster the train runs, the smaller the tolerance value. Correction of errors (generally 3 m to 70 m wavelength error) is important for a traveling train. The wavelength error to be considered is adjusted according to the section speed.

様々な軌道整正方法が、軌道誤差を補正するために開発されている。一方では、軌道位置を専ら滑らかにする相対基準施工が存在し、他方では、絶対基準施工が存在する。この絶対基準施工の場合、軌道位置が、予め設定されている目標形状にしたがって補正される。鉄道軌道の目標形状が、軌道位置設計図として提供され、保線機械の制御コンピュータに入力した後にシステムエラーを計算するために測定系の挙動を確認しつつ利用され得る。機械測定装置の前端部に対する絶対補正値が既知である場合、この機械測定装置の当該前端部が、その目標曲線上に誘導され、後端部が、既に補正された軌道上に誘導される。当該整正工程が、その作業位置で実行される。軌道の縦軸方向のタンピング機械の位置は、大抵はオドメータによって測定される。   Various trajectory correction methods have been developed to correct trajectory errors. On the one hand, there is a relative reference construction that smoothes the track position exclusively, and on the other hand, there is an absolute reference construction. In this absolute reference construction, the track position is corrected according to a preset target shape. The target shape of the railway track is provided as a track position design drawing and can be used while confirming the behavior of the measurement system to calculate a system error after being input to the control computer of the track maintenance machine. If the absolute correction value for the front end of the machine measuring device is known, the front end of the machine measuring device is guided on its target curve and the rear end is guided on the already corrected trajectory. The correction process is performed at the work position. The position of the tamping machine in the longitudinal direction of the track is usually measured by an odometer.

目標形状が、既知でない場合、周知の方法を使用することで、多くの場合、軌道位置が、作業前に方向用の弦機構と縦軸方向の高さ用の弦機構とによって測定される。この場合、横方向の実際の傾斜が、振り子によって測定される。振り子は、測定走行中に発生する加速度に依存する。特に、曲線における測定走行時の遠心加速度が、大きい誤差を引き起こす。その結果、一般に、測定速度が、約5km/hの範囲に制限される。弦機構による軌道位置の当該測定は、伝達関数に影響される。すなわち、当該測定される信号が、その波形、強さ及び位相位置に関して実際の軌道誤差と異なる。当該測定値が、軌道の曲率に比例する。同様に、弦機構による軌道の高さ位置の測定が、伝達関数に影響される曲率に比例する信号を提供する。勾配変化点(一方の傾斜から他方の傾斜への遷移部分)が、当該測定データから算出され得ない。何故なら、軌道位置の曲率誤差と同様に曲率差として認識される傾斜の遷移部分とが、識別され得ないからである。さらに、実際の傾斜が、当該高さの曲率測定から推定不可能である(しかし、所定の勾配にある保線機械は、当該実際の傾斜を当該曲率測定から導き出し得ない。何故なら、当該測定システムの全体が、当該傾斜内に存在し、相対測定だけを実行するからである)。   If the target shape is not known, using known methods, the trajectory position is often measured by a directional string mechanism and a vertical height string mechanism prior to work. In this case, the actual lateral tilt is measured by the pendulum. The pendulum depends on the acceleration generated during the measurement run. In particular, the centrifugal acceleration during measurement running on a curve causes a large error. As a result, the measurement speed is generally limited to a range of about 5 km / h. The measurement of the trajectory position by the string mechanism is affected by the transfer function. That is, the measured signal differs from the actual trajectory error with respect to its waveform, strength and phase position. The measured value is proportional to the curvature of the trajectory. Similarly, measurement of the orbital height position by the string mechanism provides a signal proportional to the curvature affected by the transfer function. The gradient change point (the transition from one slope to the other slope) cannot be calculated from the measurement data. This is because the transition portion of the slope that is recognized as the curvature difference as well as the curvature error of the orbital position cannot be identified. Furthermore, the actual slope cannot be estimated from the curvature measurement of the height (but the tracker at a given slope cannot derive the actual slope from the curvature measurement because the measurement system Because all of this is within the slope and only relative measurements are performed).

既知の従来の方法にしたがって軌道位置を最適化するため、測定された複数の曲率が、1つの目標曲率曲線に平滑化される。次いで、当該測定された曲率グラフと当該平滑化された「目標曲率グラフ」との差が生成される。近似された逆伝達関数が、デジタルフィルタによって生成される(独国特許第10337976号明細書参照)。次いで、この逆伝達関数は、当該測定された曲率グラフと当該平滑化された「目標位置曲率グラフ」との差に適用される。これにより、軌道誤差が近似的に得られる。当該補正すべき誤差が、最大許容補正値を超えると、当該「目標位置曲率グラフ」が、複雑な方法によって適切に変更される必要がある。同様に、固定位置又は固定点も適切に変更される必要がある。橋のような固定位置は、必要な横方向の移動を許されない。縦軸方向の高さの場合は、当該方向とは違って、さらなる処理ステップが発生する。何故なら、専ら上昇され得るが、降下され得ないからである。当該最適化から得られる上昇と降下との推移は、正に規定される必要がある。さらに、負の(降下)が、もはや発生しないように、上昇補正値が底上げされる。それ故に、当該計算は、困難であり且つ不正確である。何故なら、曲率の生成を起点とするからである。誤差が、曲率差の二階積分にほぼ一致するが、この二階積分も、同様に伝達関数に影響される。   In order to optimize the trajectory position according to known conventional methods, the measured curvatures are smoothed into one target curvature curve. The difference between the measured curvature graph and the smoothed “target curvature graph” is then generated. An approximated inverse transfer function is generated by a digital filter (see DE 10337976). This inverse transfer function is then applied to the difference between the measured curvature graph and the smoothed “target position curvature graph”. Thereby, an orbital error is approximately obtained. When the error to be corrected exceeds the maximum allowable correction value, the “target position curvature graph” needs to be appropriately changed by a complicated method. Similarly, the fixed position or fixed point needs to be changed appropriately. A fixed position such as a bridge is not allowed the necessary lateral movement. In the case of the height in the vertical axis direction, a different processing step occurs, unlike the direction. Because it can be raised exclusively, it cannot be lowered. The transition between the rise and fall resulting from the optimization needs to be positively defined. Furthermore, the up correction value is raised so that negative (down) no longer occurs. Therefore, the calculation is difficult and inaccurate. This is because the starting point is the generation of curvature. The error almost coincides with the second-order integral of the curvature difference, but this second-order integral is similarly affected by the transfer function.

従来の技術は、縦軸方向の高さと方向と横方向の傾斜とを測定するための弦測定機構及び振り子又はクリノメータである。また、従来の技術は、軌道上の当該測定機構の位置を測定するための複数のオドメータである。また、従来の技術は、(GPS、Navstar又はGalileoのような)衛星航行システムである。また、従来の技術は、3つの加速度センサ及び回転速度センサを有する中央センサ装置から成る慣性航行システム(INS)又は慣性航行装置である。IMU(慣性測定装置)によって測定された加速度及び回転速度を積分することによって、INS内で、車両の3次元移動が継続して測定され、当該測定から、地理的なそれぞれの位置が継続して測定される。INSシステムは、約100〜1000Hzのデータ速度と高い精度と僅かなドリフト(0.01°〜0.05°/時間未満)とで作動する。当該INSシステムが移動しないならば、当該INSシステムは、停止中に自動的に校正する。INSの主な利点は、当該INSが参照なしに作動され得ることである。加速度が、車両に固定された加速度センサによって(「ストラップダウン方式で」)測定され得る。当然に、原理的には、ただ1つのIMUが使用されてもよい。この場合には、絶対ロール角が、独立したクリメータによって測定される必要がある。これらの測定システムの利点は、遠心加速度に依存しないで測定可能なロール角、広い範囲内で有効な当該システムの=1の伝達関数である。すなわち、車両の実際の軌道が、軌道誤差の波形、強さ又は位相位置の歪みなしに座標空間内で測定される。当該座標空間内の当該車両のこの3次元軌道と、オドメータによる等間隔の測定とから、3次元座標線が取得される。当該軌道の位置グラフが、xy平面上への投影によって得られ、垂直断面図が、yz平面上への投影によって得られる。さらに、(例えばGPSによる)衛星航行データが記録され得る。従来の技術は、いわゆる「北」を基準としたINSシステムである。当該INSシステムは、北へ指向されたシステムに対するロール角、ヨー角及びピッチ角の絶対角度偏差を提供する。この場合、x単位ベクトルが、北を指し示し、z単位ベクトルが、重力の方向を指し示し、正規直交系が成立するように、y単位ベクトルが指向されている。当該角度偏差は、INSシステムが存在する測定車両の方向を指し示す単位ベクトルを表す。   Conventional techniques are string measuring mechanisms and pendulums or clinometers for measuring vertical height, direction and lateral tilt. The conventional technique is a plurality of odometers for measuring the position of the measurement mechanism on the track. The prior art is also a satellite navigation system (such as GPS, Navstar or Galileo). Further, the conventional technology is an inertial navigation system (INS) or inertial navigation device including a central sensor device having three acceleration sensors and a rotational speed sensor. By integrating the acceleration and rotational speed measured by the IMU (Inertial Measurement Device), the three-dimensional movement of the vehicle is continuously measured in the INS, and from this measurement, each geographical position is continuously Measured. The INS system operates at a data rate of about 100-1000 Hz, high accuracy, and slight drift (0.01 ° -less than 0.05 ° / hour). If the INS system does not move, the INS system will automatically calibrate while it is stopped. The main advantage of an INS is that it can be operated without reference. The acceleration may be measured by an acceleration sensor fixed to the vehicle (“in a strap-down manner”). Of course, in principle, only one IMU may be used. In this case, the absolute roll angle needs to be measured by an independent clinometer. The advantage of these measuring systems is the roll angle that can be measured independent of centrifugal acceleration, the system's = 1 transfer function valid within a wide range. That is, the actual track of the vehicle is measured in the coordinate space without distortion of the waveform, strength or phase position of the track error. A three-dimensional coordinate line is acquired from this three-dimensional trajectory of the vehicle in the coordinate space and measurement at equal intervals by an odometer. A position graph of the trajectory is obtained by projection onto the xy plane, and a vertical sectional view is obtained by projection onto the yz plane. In addition, satellite navigation data (eg by GPS) can be recorded. The conventional technology is an INS system based on the so-called “north”. The INS system provides absolute angular deviation of roll angle, yaw angle and pitch angle for systems oriented north. In this case, the y unit vector is directed so that the x unit vector indicates north, the z unit vector indicates the direction of gravity, and an orthonormal system is established. The angular deviation represents a unit vector indicating the direction of the measurement vehicle in which the INS system exists.

測定走行から軌道位置を最適化し、軌道誤差を補正するための当該既知の方法の場合、伝達関数に影響される測定値、弦測定機構の専ら近似的に表現すべき逆伝達関数、外部から作用する加速度によるクリノメータの悪影響、及び、充足するのが困難な最適化計算時の固定位置、固定点又は最大許容補正値のような境界条件が欠点である。測定走行中に許容される小さい測定速度も欠点である。別の欠点は、弦測定機構が当該機械の長手方向に10〜20mの局所的に広がっていることである。それ故に、多くの場合、当該保線機械は、支持部を備える。測定装置が、当該支持部の下に格納されている。その結果、当該機械のコスト及び長さが増大する。スイーパー、バラストホッパー又は動的な軌道スタビライザのような追加の作業用機器が、当該支持部に取り付けられる場合、弦測定機構の使用は不可能である。軌道位置を最適化するための当該既知の方法の場合、軌道の絶対傾斜と勾配変化点とを測定データから求めることができないことが欠点である。当該既知の方法によれば、当該勾配変化点の位置が分からないので、誤差を含んだ軌道位置補正が、当該範囲内で実行される。別の欠点としては、当該既知の方法の場合、使用される非回帰デジタルフィルタと、当該フィルタに必要な短い弦区間の約13倍に及ぶ設置間隔とに起因して、実際に補正すべき軌道の前方で測定される必要があることが挙げられる(一般に、aは、4〜7mの範囲内にあり、その結果、前方の測定長及び後方の測定長は、50〜90mになる)。当該既知の方法が呈する当該小さい測定速度の場合は、それ故に、相当する所要時間が必要である。さらに、当該既知の弦による方法は、規則的に制御されなければならない(例えば、測定車輪の摩耗、変換器の不正確さ、弦が延在する支持部の不正確さ、弦の振動等による)オフセットの欠点を有する。当該弦測定機構の再校正は、面倒であり且つ高価である。   In the case of the known method for optimizing the trajectory position from the measurement run and correcting the trajectory error, the measured value affected by the transfer function, the inverse transfer function to be expressed approximately exclusively for the string measuring mechanism, the action from the outside Disadvantages are the adverse effects of the clinometer due to acceleration, and boundary conditions such as fixed positions, fixed points or maximum permissible correction values during optimization calculations that are difficult to satisfy. The small measuring speed allowed during the measurement run is also a drawback. Another disadvantage is that the string measuring mechanism extends locally 10-20 m in the machine direction. Therefore, in many cases, the track maintenance machine includes a support portion. A measuring device is stored under the support. As a result, the cost and length of the machine increases. If additional work equipment such as a sweeper, ballast hopper or dynamic orbital stabilizer is attached to the support, the use of a string measuring mechanism is not possible. The known method for optimizing the trajectory position has the disadvantage that the absolute inclination of the trajectory and the gradient change point cannot be determined from the measurement data. According to the known method, since the position of the gradient change point is not known, the trajectory position correction including an error is executed within the range. Another disadvantage is that, in the case of the known method, the trajectory to be actually corrected due to the non-regressive digital filter used and the installation spacing which is approximately 13 times the short chord interval required for the filter. (In general, a is in the range of 4-7 m, so that the front measurement length and the rear measurement length are 50-90 m). In the case of the small measuring speed that the known method exhibits, therefore, a corresponding time is required. Furthermore, the known string method must be regularly controlled (eg due to wear of the measuring wheel, inaccuracies in the transducer, inaccuracies in the support from which the string extends, string vibrations, etc. ) Has the disadvantage of offset. Recalibration of the string measuring mechanism is cumbersome and expensive.

独国特許第10337976号明細書German patent No. 10337976

したがって、本発明の課題は、外部から作用する加速度による影響、制限された測定速度、弦測定機構の伝達関数の影響、弦測定機構の校正すべきオフセットや充足するのが困難な境界条件のような上記の既知のシステムの欠点と、追加の支持部の設置とを回避するように、慣性航行装置(INS)又は慣性測定装置(IMU)及びオドメータを用いて、固定位置、固定点及び最大許容軌道位置補正値のような境界条件を考慮して、軌道位置を最適化するための方法を測定走行に応じて改良することにある。   Therefore, the subject of the present invention is the influence of externally acting acceleration, the limited measurement speed, the influence of the transfer function of the string measurement mechanism, the offset to be calibrated of the string measurement mechanism and the boundary conditions that are difficult to satisfy. In order to avoid the disadvantages of the above known systems and the installation of additional supports, using an inertial navigation device (INS) or inertial measurement device (IMU) and odometer, fixed positions, fixed points and maximum permissible In consideration of boundary conditions such as the track position correction value, the method for optimizing the track position is to be improved according to the measurement travel.

この課題は、請求項1〜10に記載の特徴によって解決される。本発明の好適なその他の構成は、従属請求項に記載されている。   This problem is solved by the features of claims 1 to 10. Other preferred configurations of the invention are described in the dependent claims.

このため、INSシステムが、互いに回転可能に構成されている2つの車軸を有する1つの測定車両上に設置される。さらに、これらの車軸の回転装置が、軌道幅測定部を備えるように、当該測定車両が構成され得る。したがって、2本のレールの幾何学的位置が、測定工程中に測定され得る。車輪間隔点が、当該軌道幅を正確に知ることによって測定され得る。その結果、カントの測定精度が向上する。軌道上で進行する測定車両の走行距離を測定するオドメータが、当該測定車両に結合される。当該測定車両は、測定中にレールの側面に当接されるか、又は当該軌道幅測定部によって両側で押圧される。それ故に、当該INSは、軌道方向の接線と、軌道上の測定車両の縦軸方向の傾斜と横方向の傾斜(カント)とを測定する。対応する地点に対するINSの測定データが、例えば(一般に、0.25、0.5又は1mであり、当該INSの高い測定速度に起因して、ほぼ連続する記録も可能である)等間隔のステップで記憶される。当該INSデータのほかに、正確に進行される曲線の長さ(又は「起動キロ」)も、それぞれの測定点に対して記憶される。   For this purpose, the INS system is installed on one measuring vehicle having two axles that are configured to be rotatable relative to each other. Furthermore, the measurement vehicle can be configured such that these axle rotation devices include a track width measurement unit. Thus, the geometric position of the two rails can be measured during the measuring process. Wheel spacing points can be measured by knowing exactly the track width. As a result, the Kant measurement accuracy is improved. An odometer for measuring the travel distance of the measuring vehicle traveling on the track is coupled to the measuring vehicle. The measurement vehicle is brought into contact with the side surface of the rail during measurement, or is pressed on both sides by the track width measurement unit. Therefore, the INS measures the tangent in the track direction, the vertical axis inclination and the horizontal inclination (cant) of the measurement vehicle on the track. INS measurement data for the corresponding point, for example (generally 0.25, 0.5 or 1 m, and almost continuous recording is possible due to the high measurement speed of the INS). Is memorized. In addition to the INS data, the length of the accurately advanced curve (or “start-up kilometer”) is also stored for each measurement point.

本発明は、高さと方向とにおいて最適化された目標軌道位置を提供し、当該最適化された目標軌道位置に好適な補正値をオドメータによって測定された曲線の長さに合わせて提供する。当該より高い測定速度以外の別の利点は、全般的な外乱加速度に対するINS又はIMUのロバスト性である。バラスト道床が、35Hzで突き固められ、保線機械が、ディーゼルエンジンによって駆動され、それ故に邪魔な振動レベル及び加速度レベルを有する。さらに、勾配変化点の位置及び絶対傾斜が正確に測定可能であり、したがって定量的により正確な補正値が、鉄道保守機械に対して設定可能であるという利点が、本発明の方法によって得られる。より高く達成された軌道位置精度が、軌道の形状の耐久性の寿命を伸ばし、保全コストを十分に減少させる。別の利点は、前方の測定長及び後方の測定長が1台の機械の長さ(一般的に、10〜20m)にほぼ抑えられることである。また、鉄道線路の従来のグラフに相当する正確な曲率グラフ及び縦軸方向の傾斜グラフが、本発明の方法によって作成可能である。したがって、以下の考察では、上記の目標データについて説明する。さらに、当該測定データは、線路の依然として未知の軌道形状の目標形状を決定するための、鉄道線路の測定業務用の優れた規準を提供する。目標偏差及び縦軸方向の目標高さが、目標位置グラフと目標傾斜グラフとから数学的に算定されるので、本発明の方法では、測定システムのオフセットが有益に発生しない。したがって、面倒な校正方法が省略される。   The present invention provides a target trajectory position optimized in height and direction, and provides a correction value suitable for the optimized target trajectory position according to the length of the curve measured by the odometer. Another advantage other than the higher measurement speed is the robustness of the INS or IMU against general disturbance acceleration. The ballast track is tamped at 35 Hz and the track maintenance machine is driven by a diesel engine and therefore has disturbing vibration and acceleration levels. Furthermore, the method according to the invention provides the advantage that the position of the slope change point and the absolute slope can be measured accurately, so that a quantitatively more accurate correction value can be set for the railway maintenance machine. The higher achieved track position accuracy extends the durability life of the track shape and significantly reduces maintenance costs. Another advantage is that the front measurement length and the rear measurement length are almost constrained to the length of one machine (generally 10-20 m). In addition, an accurate curvature graph and an inclination graph in the vertical axis direction corresponding to a conventional graph of a railway track can be created by the method of the present invention. Therefore, in the following discussion, the target data will be described. Furthermore, the measurement data provides an excellent criterion for the measurement work of railway tracks to determine the target shape of the still unknown track shape of the track. Since the target deviation and the target height in the vertical axis direction are mathematically calculated from the target position graph and the target slope graph, the method of the present invention does not beneficially cause an offset of the measurement system. Therefore, a troublesome calibration method is omitted.

測定走行の終了後に、座標空間内の測定車両の軌道が、それぞれの測定点に対して記録されたINS値(ロール角、ヨー角及びピッチ角)の北を基準とした座標系に対する絶対角度差から計算される。開始条件として、好ましくは、開始ベクトルが、測定走行の開始に対する測定車両の開始方向に割り当てられる。以下のように、当該軌道の積分(測定走行位置の3次元座標の算出)が実行される。   After the measurement run is completed, the trajectory of the measurement vehicle in the coordinate space is the absolute angle difference with respect to the coordinate system based on the north of the INS values (roll angle, yaw angle and pitch angle) recorded for each measurement point. Calculated from As a start condition, a start vector is preferably assigned to the start direction of the measurement vehicle relative to the start of the measurement run. As described below, the integration of the trajectory (calculation of three-dimensional coordinates of the measured travel position) is executed.

上記の位置グラフf(xy)が、3次元座標におけるz=0の設定によって得られる。縦断面図g(y,z)が、x=0の設定によって作成される。この縦断面図は、高さ推移を示し、勾配変化点(一方の傾斜から他方の傾斜への遷移部分)も示す。基準長さが、線路等級に依存して規定される。当該位置グラフが、線路の種類にしたがって予め設定されている基準長さによって複数の区間に分割される。平滑化が、例えば複数の3次元スプライン曲線を用いて、複数の偏差の最小二乗を加算する方法にしたがって実行される。これらのスプライン曲線は、滑らかにされた1つの目標位置曲線に互いに結合される。引き続き、複数の補正値が、最大許容補正値によって切り取られる。複数の固定点が、複数の遷移点と当該複数の固定点とを連続して通過する1つの数学関数によって結合される。直前の目標位置曲線が、重畳によって新たに変更された目標位置曲線に変形される。僅かな変化が、車両の走行に対して影響なしに保持される。固定位置の場合も、同様に処理される。その結果、最終的に、変更されて使用すべき目標位置曲線が得られる。当該方向の目標曲線に対する差は、保線機械に伝達される整正補正値である。当該保線機械が、その弦機構を用いて当該方向の目標曲線を処理できるように、この目標曲線は、弦測定機構値(当該方向に対する偏差)にさらに変換される必要がある。当該変換は、計算的に実行される。当該換算では、弦が、当該方向の目標曲線に継続して算入される。こうして計算された目標偏差が、当該保線機械の制御部に伝達される。したがって、当該保線機械は、当該方向における軌道補正を実行し得る。   The position graph f (xy) is obtained by setting z = 0 in the three-dimensional coordinates. A longitudinal sectional view g (y, z) is created by setting x = 0. This longitudinal sectional view shows the height transition, and also shows the slope change point (the transition from one slope to the other slope). A reference length is defined depending on the track grade. The position graph is divided into a plurality of sections according to a reference length set in advance according to the line type. Smoothing is performed according to a method of adding least squares of a plurality of deviations using, for example, a plurality of three-dimensional spline curves. These spline curves are combined with each other into a single smoothed target position curve. Subsequently, the plurality of correction values are cut off by the maximum allowable correction value. The plurality of fixed points are combined by one mathematical function that passes through the plurality of transition points and the plurality of fixed points in succession. The immediately preceding target position curve is transformed into a target position curve newly changed by superposition. A slight change is maintained without any influence on the running of the vehicle. The same processing is performed for the fixed position. As a result, the target position curve to be changed and used is finally obtained. The difference with respect to the target curve in this direction is a rectification correction value transmitted to the track maintenance machine. This target curve needs to be further converted into a string measurement mechanism value (deviation relative to that direction) so that the track holding machine can process the target curve in that direction using that string mechanism. This conversion is performed computationally. In the conversion, the string is continuously included in the target curve in the direction. The target deviation calculated in this way is transmitted to the control unit of the track maintenance machine. Therefore, the track maintenance machine can perform trajectory correction in the direction.

(x=0に設定された)高さに対して、高さ推移(g(y,z))が、本発明にしたがって絶対高さ位置で作成される。一方の傾斜から他方の傾斜への遷移が、勾配変化点を示す。この勾配変化点は、長い波長の変化だけを許容するデジタルフィルタによる実際の高さの推移のフィルタリング後のデータにおいて容易に算定可能である(例えば、当該フィルタリングされた高さ推移の2階微分が、勾配変化点を明瞭に算定可能にする)。当該勾配変化点が算定されると、複数の回帰関数(例えば、複数の回帰直線)が、当該複数の勾配変化点間で計算される。これらの個々の回帰曲線が、より高次の補間曲線、例えば(一般に、所定の内半径の長さ、例えば6mを有する)3次元スプライン曲線によって結合される。その結果は、目標高さ推移としての連続する数学関数である。引き続き、測定された実際高さ推移と目標高さ推移との差が生成される。この差は、実行すべき補正値に相当し、負の値が発生しないで、純粋に正の底上げ値が得られるように底上げされる。保線機械が、その弦機構によって目標高さ推移を処理できるように、当該正の底上げ値は、弦測定機構値(縦軸方向の高さ)にさらに変換される必要がある。当該変換は、計算的に実行される。当該換算では、弦が、当該高さ位置の目標曲線に継続して算入される。こうして計算された縦軸方向の目標高さと当該底上げ値とが、当該保線機械の制御部に伝達される。したがって、当該保線機械は、当該縦軸方向の高さにおける軌道補正を実行し得る。   For height (set to x = 0), a height transition (g (y, z)) is created at the absolute height position according to the present invention. The transition from one slope to the other indicates the slope change point. This slope change point can be easily calculated in the filtered data of the actual height transition by a digital filter that allows only long wavelength changes (eg, the second derivative of the filtered height transition is , Make it possible to calculate the slope change point clearly). When the gradient change point is calculated, a plurality of regression functions (for example, a plurality of regression lines) are calculated between the plurality of gradient change points. These individual regression curves are combined by a higher order interpolation curve, for example a three-dimensional spline curve (generally having a predetermined inner radius length, for example 6 m). The result is a continuous mathematical function as the target height transition. Subsequently, a difference between the measured actual height transition and the target height transition is generated. This difference corresponds to a correction value to be executed and is raised so that a negative value does not occur and a purely positive rise value is obtained. The positive bottom-up value needs to be further converted into a string measuring mechanism value (vertical height) so that the track maintenance machine can process the target height transition with its string mechanism. This conversion is performed computationally. In the conversion, the string is continuously included in the target curve at the height position. The target height in the vertical axis direction calculated in this way and the raised value are transmitted to the controller of the track maintenance machine. Therefore, the track maintenance machine can perform trajectory correction at the height in the vertical axis direction.

作業が完結すると、滑らかな目標位置曲線及び目標高さ推移の推移に相当する補正された軌道位置が、固定位置、固定点又は最大補正値のような境界条件を守りつつ得られる。   When the operation is completed, a corrected trajectory position corresponding to the transition of the target position curve and the target height transition is obtained while maintaining boundary conditions such as a fixed position, a fixed point, or a maximum correction value.

ここで説明したシステムは、当然に、検査記録を作成するための固有の測定システムとして、空間的に広い測定システムが存在せず、したがって支持部が不要であるという利点を伴って使用されてもよい。したがって、この方法に関連して、当該利点は、当該測定を80km/hに達する速度で記録することができることである。これにより、測定走行にかかる時間が、一般に専ら約5km/hで実行される既存のシステムに比べて著しく節減される。位置グラフが、その曲線の長さに応じて数学的に2回微分されると、曲率が得られる。当該曲率グラフは、鉄道線路で一般的に行われている表記である。別の利点は、軌道の所定の位置変化(例えば、駅の敷地内での方向転換)が目標位置グラフに直接に重畳され得ることである。このとき、保線機械は、当該目標位置グラフから得られた制御データを受け取った後に当該目標位置グラフを簡単に変更できる。曲率グラフにおけるこのようなプリセットは不可能である。さらに、本発明の方法によれば、勾配変化点の位置と絶対傾斜とが正確に算定可能であり、したがって定性的により正確な補正値が、鉄道保守機械のために予め設定可能であるという利点が得られる。   The system described here can of course be used with the advantage that there is no spatially wide measuring system and therefore no support is required as a unique measuring system for creating inspection records. Good. Thus, in connection with this method, the advantage is that the measurement can be recorded at a speed reaching 80 km / h. As a result, the time taken for the measurement run is significantly reduced compared to existing systems which are generally executed exclusively at about 5 km / h. The curvature is obtained when the position graph is mathematically differentiated twice according to the length of the curve. The curvature graph is a notation commonly used on railway tracks. Another advantage is that a predetermined change in position of the track (eg, a turn in the station premises) can be directly superimposed on the target position graph. At this time, the track maintenance machine can easily change the target position graph after receiving the control data obtained from the target position graph. Such a preset in the curvature graph is not possible. Furthermore, according to the method of the present invention, the position of the slope change point and the absolute slope can be calculated accurately, so that a qualitatively more accurate correction value can be preset for the railway maintenance machine. Is obtained.

図面には、本発明の対象が、概略的に例示されている。   The subject matter of the present invention is schematically illustrated in the drawings.

慣性航行装置を有する本発明の軌道測定装置の平面図及び立面図である。It is the top view and elevation which show the trajectory measuring apparatus of this invention which has an inertial navigation apparatus. 弦を基準とした高精度軌道補正方法の原理図である。It is a principle figure of the highly accurate orbit correction method on the basis of a string. 北を基準とした3次元軌道座標の図である。It is a figure of the three-dimensional orbit coordinates on the basis of the north. −位置グラフ及び縦軸方向の傾斜グラフを表す−3次元軌道座標の図である。FIG. 3 is a diagram of three-dimensional trajectory coordinates representing a position graph and an inclination graph in the vertical axis direction. 3次元補間スプライン曲線によって最適化された目標軌道位置を求める図である。It is a figure which calculates | requires the target track | orbit position optimized by the three-dimensional interpolation spline curve. 複数の補間スプライン曲線間の滑らかな曲線の詳細図である。It is a detailed view of a smooth curve between a plurality of interpolation spline curves. ただ1つの固定点を考慮して目標軌道位置を求める概略図である。It is the schematic which calculates | requires a target track position in consideration of only one fixed point. 固定位置を考慮して目標軌道位置を求める概略図である。It is the schematic which calculates | requires a target track position in consideration of a fixed position. 補間された目標高さ位置と勾配変化点と高さ補正値とを有する縦軸方向の垂直断面図である。It is a vertical sectional view in the vertical axis direction having the interpolated target height position, gradient change point, and height correction value.

図1は、結合している測定車両フレーム8上に配置されている慣性航行装置5を有する軌道測定車両Aを本発明にしたがって示す。この測定車両Aは、レール12を車輪走行する。1つの側面の複数の車輪1が、それぞれ互いに固定結合されている2、3。対向している2つの車輪側面が、軸4を介して捩れ回転可能に互いに支承されている。したがって、軌道測定車両Aは、軌道狂いごとに所定の位置を占める。軸4は、軸方向に摺動可能に構成されている。左側と右側との両車輪対2、3が、レール側縁部に沿って走行するように、当該摺動は、空気圧シリンダ6、14によって実行される。実際の軌間SPWが、距離センサ7によって測定される。車輪間隔RAWが、以下のように計算される。
RAP=SPW+b
…レールの頭部の幅
FIG. 1 shows a track measuring vehicle A having an inertial navigation device 5 arranged on a measuring vehicle frame 8 which is coupled according to the invention. The measurement vehicle A travels on the rail 12 by wheels. A plurality of wheels 1 on one side are fixedly coupled to each other 2, 3. Two opposite wheel side surfaces are supported by a shaft 4 so as to be able to twist and rotate. Therefore, the track measuring vehicle A occupies a predetermined position for each track error. The shaft 4 is configured to be slidable in the axial direction. The sliding is performed by the pneumatic cylinders 6 and 14 so that both the left and right wheel pairs 2 and 3 travel along the rail side edge. The actual gauge SPW is measured by the distance sensor 7. The wheel interval RAW is calculated as follows.
RAP = SPW + b k
b k ... rail head width

垂直応力と水平応力とが、2つの傾斜シリンダ10によって車輪対1、2及び1、3に印加される。このことは、レール12に対する車輪1の近接を保証し、脱線を回避する。垂直シリンダが、作業を開始又は作業を終了するために当該測定車両を係止位置で持ち上げ、当該レールに載せるために使用される。符号11は、摩擦軸受を示す。この摩擦軸受内では、ねじり軸4が、ねじられ得るし、且つ横方向に摺動され得る。符号21は、保線機械の機械フレームを示す。軌道の曲線の長さを測定するオドメータ(走行距離計)24が、測定車両Aに装着されている。   Vertical and horizontal stresses are applied to the wheel pairs 1, 2 and 1, 3 by the two tilt cylinders 10. This ensures the proximity of the wheel 1 to the rail 12 and avoids derailment. A vertical cylinder is used to lift the measuring vehicle in the locked position and place it on the rail in order to start or end work. Reference numeral 11 denotes a friction bearing. Within this friction bearing, the torsion shaft 4 can be twisted and slid laterally. Reference numeral 21 denotes a machine frame of the track maintenance machine. An odometer (odometer) 24 that measures the length of the curve of the track is attached to the measurement vehicle A.

図2は、高精度軌道補正システムBの動作原理を概略的に示す。この高精度軌道補正機構Bは、弦区間a及びbを有する長さLの弦から成る。当該弦を基準とした補正機構を有する保線機械は、ARの方向に作動する。符号21は、補正すべき軌道位置を示し、Rは、最適化された軌道目標位置を示す。当該図示されたグラフでは、当該弦の後方の軌道が、既に補正されている。この場合、当該弦の後方点は、補正された軌道上に存在する。しかしながら、前方点は、前方の目標軌道位置21上に存在する。すなわち、当該方法にとっては、最初に、補正値vを算出することが必要である。当該前方の弦端部は、軌道目標位置R上に誘導される必要がある。例えば、このことは、当該弦が前方の横方向変位装置を用いて誘導されることによって達成され得る。当該弦は、それぞれの作動ステップ時に正確に差vだけ変位される。当該方法の欠点のない機能に対するもう1つの条件は、目標偏差fのプリセットである。したがって、当該軌道目標位置fを得るためには、基
RW=f−f
RW…基準値
が、準値として必要である。
FIG. 2 schematically shows the operating principle of the high-precision trajectory correction system B. This high-precision trajectory correction mechanism B comprises a string of length L having string sections a and b. The track maintenance machine having the correction mechanism based on the string operates in the AR direction. Reference numeral 21 indicates a trajectory position to be corrected, and RS indicates an optimized trajectory target position. In the illustrated graph, the trajectory behind the string has already been corrected. In this case, the rear point of the string exists on the corrected trajectory. However, the front point exists on the target trajectory position 21 ahead. That is, for the method, it is necessary to calculate the correction value v first. The front chord end needs to be guided on the trajectory target position RS . For example, this can be accomplished by the string being guided using a forward lateral displacement device. The string is displaced exactly by the difference v during each operating step. Another condition for the function without the drawbacks of the method is a preset of the target deviation f S. Therefore, in order to obtain the trajectory target position f S ,
RW = f s -f j
RW ... A reference value is required as a quasi-value.

すなわち、欠点のない機能のためには、目標偏差f及び補正値vが、適切な方法によって算出される必要がある。 That is, for a function without a defect, the target deviation f S and the correction value v need to be calculated by an appropriate method.

図3は、北を基準とした座標系を概略的に示す。x軸は、北Nを指し示す。z軸は、重力軸gに対して平行に延在する。x軸を中心としたねじれが、ロール角Φ(カント角)によって測定される。z軸を中心としたねじれは、(ヘディング角又は向首角又はヨー角とも呼ばれる)方位角Ψに相当し、y軸を中心としたねじれは、傾斜角(ピッチ角又はピッチ円錐角)Θを提供する。北を基準とした座標系に対する車両の方向を生成する当該3つの差動角ΔΦ、ΔΨ及びΔΘが、慣性航行装置INSによって測定される。当該機械方向の単位ベクトルが、   FIG. 3 schematically shows a coordinate system with reference to north. The x-axis points north N. The z axis extends parallel to the gravity axis g. The twist about the x-axis is measured by the roll angle Φ (cant angle). A twist about the z-axis corresponds to an azimuth angle Ψ (also referred to as a heading angle, a heading angle or a yaw angle), and a twist about the y-axis is a tilt angle (pitch angle or pitch cone angle) Θ. provide. The three differential angles ΔΦ, ΔΨ and ΔΘ that generate the vehicle direction with respect to the coordinate system relative to the north are measured by the inertial navigation device INS. The unit vector in the machine direction is

として得られる。 As obtained.

当該慣性航行装置INSの測定値が、測定される曲線の長さ(一般に、0.25〜1m)にわたって等間隔で読み取られる。このとき、最初のデータ点Pが、以下のように簡単に算出される。 The measured values of the inertial navigation device INS are read at equal intervals over the length of the curve to be measured (generally 0.25 to 1 m). At this time, the first data point P i is simply calculated as follows.

その次の測定時に、新しい点Pi+1が、ベクトル加算によって生成される。 At the next measurement, a new point P i + 1 is generated by vector addition.

こうして、測定される全てのデータ点が生成される。走行距離(曲線の長さs)が、オドメータによって測定され記録され、
si=i・λ
i…読み取られるデータ点の数
として得られる。
In this way, all data points to be measured are generated. The mileage (curve length s) is measured and recorded by an odometer,
si = i · λ
i is obtained as the number of data points to be read.

当該等距離の測定間隔λは非常に短いので、割線によって発生する誤差は無視され得る。レールは、0.25〜1mの一般的な測定間隔内では直線とみなされ得る。考慮すべき誤差の波長は、一般に100m以下程度である。それ故に、場合によっては合算される誤差も無視され得る。   Since the equidistant measurement interval λ is very short, errors caused by secant lines can be ignored. The rail can be considered straight within a typical measurement interval of 0.25 to 1 m. The wavelength of the error to be considered is generally about 100 m or less. Therefore, in some cases, the combined error can also be ignored.

図4は、上記のような座標値P(x,y,z)を有する3次元座標線3を、北を基準とした座標系で概略的に示す。zに0を設定することによって、この3次元座標線は、xy平面、即ちいわゆる位置グラフ1上に投影される。xを0に設定することによって、この3次元座標線は、yz平面、すなわち傾斜グラフ上に投影される。位置グラフ1は、軌道の推移、直線区間、推移曲線、又は全弧長を示す。軌道方向誤差が、この曲線(Geometrie)に重畳されている。当該縦軸方向の傾斜グラフは、絶対傾斜、勾配変化点、及び重畳された高さ誤差を示す。実際の曲線の長さs(軌道km)が、パラメータとして測定され記録されるそれぞれの座標値Pごとに一緒に記憶される。 FIG. 4 schematically shows a three-dimensional coordinate line 3 having the coordinate values P i (x i , y i , z i ) as described above in a coordinate system based on the north. By setting z to 0, this three-dimensional coordinate line is projected onto the xy plane, that is, the so-called position graph 1. By setting x to 0, this three-dimensional coordinate line is projected onto the yz plane, i.e. the gradient graph. The position graph 1 shows a trajectory transition, a straight section, a transition curve, or a total arc length. The trajectory direction error is superimposed on this curve (Geometry). The inclination graph in the vertical axis direction shows the absolute inclination, the gradient change point, and the superimposed height error. The actual curve length s i (trajectory km) is stored together for each coordinate value P i measured and recorded as a parameter.

図5は、位置グラフ(z=0)を概略的に示す。目標位置曲線Rを描くため、本発明によれば、例えば、実際位置曲線3が、複数の等間隔区間Dに分割される。最初のステップでは、例えば、補間された3次元回帰スプライン曲線又は(最小二乗法にしたがう)より高次の数学的な回帰曲線SPL1、SPL2等が、それぞれの区間Dごとに計算される。以下に、3次元回帰スプライン曲線のための手順を例示的に説明する。変曲点(例えば、左側の曲線から右側の曲線へ向かう反曲点)も、軌道形状に正しく表示され得るように、例えば、3次の3次元回帰スプライン曲線が使用される。区間Dの長さは、線路等級に応じて選択される。速く走行するほど、半径が、より大きくなり、軌道誤差が、より小さくなる。それ故に、より高い線路等級の場合、より長い区間Dも選択される。その次のステップでは、複数の遷移長Lが、x、xを中心にして選択される。同様に、これらの遷移長Lの長さも、当該線路等級に応じて選択される。したがって、連続する推移が、境界条件の下で発生するように、当該複数の回帰曲線を互いに結合することができる。これらの結合曲線SPL3は、より高い次数の数学的な補間曲線によって作成され得る。ここでは、3次元補間多項式SPL3を例示的に説明する。しかし、別の数学的な方程式も可能である。当該算出された補間スプライン曲線上の複数の点(スプライン方程式SPL1に起因するP1及びスプライン方程式SPL2に起因するP2)が、x又はxによって算出される。このとき、図6に拡大して示されるように、3次元多項式SPL3が、初期条件の下で点Pと点Pとの間で計算される。1つの3次元遷移多項式(Uebergangspolynom)に対しては、点P1及びP2並びに当該3次元回帰スプライン曲線のこれらの点での傾きt、tは既知である。数学的に一義的に描かれる連続して滑らかな目標位置グラフRが、このステップによって得られる。この目標位置グラフRが二階微分され、このとき、鉄道で使用されるような目標位置の曲率k=1/Rが得られる。このことには、大きな利点がある。何故なら、これにより、その次の軌道保守作業のときに新たに利用可能である目標形状が算出されるからである。図6には、目標形状曲線y(x)に対する曲率グラフk(s)も、概略的に例示されている。以下の式が、3次元多項式として使用される。
y=a・x+b・x+c・x+d
FIG. 5 schematically shows a position graph (z = 0). In order to draw the target position curve RS , according to the present invention, for example, the actual position curve 3 is divided into a plurality of equally spaced sections D. In the first step, for example, an interpolated three-dimensional regression spline curve or higher-order mathematical regression curves SPL1, SPL2, etc. (according to the least square method) are calculated for each section D. In the following, the procedure for a three-dimensional regression spline curve is exemplarily described. For example, a cubic three-dimensional regression spline curve is used so that an inflection point (for example, an inflection point from the left curve to the right curve) can be correctly displayed in the trajectory shape. The length of the section D is selected according to the track grade. The faster you travel, the larger the radius and the smaller the trajectory error. Therefore, for higher track grades, longer sections D are also selected. In the next step, a plurality of transition lengths L u are selected around x 1 and x 2 . Similarly, the lengths of these transition lengths Lu are also selected according to the line class. Therefore, the plurality of regression curves can be combined with each other so that successive transitions occur under boundary conditions. These binding curves SPL3 can be created by higher order mathematical interpolation curves. Here, the three-dimensional interpolation polynomial SPL3 will be described as an example. However, other mathematical equations are possible. A plurality of points on the interpolation spline curve the calculated (P2 due to P1 and the spline equations due to the spline equations SPL 1 SPL 2) is calculated by x 1 or x 2. In this case, as shown enlarged in FIG. 6, the 3-dimensional polynomial SPL3, it is calculated between the point P 1 and point P 2 under initial condition. For a single three-dimensional transition polynomial, the slopes t 1 and t 2 at these points of the points P 1 and P 2 and the three-dimensional regression spline curve are known. A continuous and smooth target position graph R S drawn mathematically uniquely is obtained by this step. This target position graph RS is second-order differentiated, and at this time, the curvature k = 1 / R of the target position as used in the railway is obtained. This has significant advantages. This is because a target shape that can be newly used in the next track maintenance work is calculated. FIG. 6 also schematically illustrates a curvature graph k (s) with respect to the target shape curve y (x). The following equation is used as a three-dimensional polynomial.
y = a · x 3 + b · x 2 + c · x + d

終点の接線に対しては、
t=3・a・x+2・b・x+c
が使用される。
For the tangent of the end point,
t = 3 · a · x 2 + 2 · b · x + c
Is used.

上記複数の点に対しては、P1=(x,y);P2=(x,y)が使用される。 P1 = (x 1 , y 1 ); P2 = (x 2 , y 2 ) is used for the plurality of points.

このとき、パラメータa、b、c及びdが、以下のように解析計算され得る。   At this time, the parameters a, b, c, and d can be analyzed and calculated as follows.

3次元スプライン曲線による回帰に対する最小二乗法は、以下の4つの正規方程式を使用する。   The least squares method for regression with a three-dimensional spline curve uses the following four normal equations.

係数a、a、a及びaを算出するためには、当該方程式系が、例えばガウスのアルゴリズムによって又はクラメルの規則にしたがって解かれる必要がある。 In order to calculate the coefficients a 0 , a 2 , a 3 and a 4 , the system of equations needs to be solved, for example by Gaussian algorithm or according to Kramel's rule.

この場合、最小二乗法にしたがって得られる3次元スプライン曲線は、式
y=a+a・x+a・x+a・x
当該概略図には、弦の位置も、弦の長さLと弦区間a及びbとによって記入されている。
In this case, the three-dimensional spline curve obtained according to the least square method is
y = a 0 + a 1 · x + a 2 · x 2 + a 3 · x 3
In the schematic diagram, the position of the string is also entered by the length L of the string and the string sections a and b.

図7は、どのようにして目標位置曲線Rが固定点Zに対して適応され得るかを概略的に示す。最初に、上記のように、目標位置曲線Rが、実際位置曲線Rの複数の点から計算される。間隔dが、当該固定点から後退又は前進され、境界条件P、t及びZ、t2′を有する遷移スプライン曲線に重複する。この場合、接線t2′が、接線tに対して平行に選択される。それ以降の当該曲線部分が、同様に計算される。 Figure 7 shows how a target position curve R S may be adapted relative to a fixed point Z P schematically. First, as described above, the target position curve R S is calculated from a plurality of points of the actual position curve R i . The interval d P is retracted or advanced from the fixed point and overlaps the transition spline curve with boundary conditions P 1 , t 1 and Z P , t 2 ′ . In this case, the tangent t 2 ′ is selected parallel to the tangent t 2 . The curve portion after that is calculated in the same manner.

これにより、当該目標位置曲線が、固定点Zを常に通過するように、この目標位置曲線は変更される。このとき、変位vが、R−Rとして計算される。 Accordingly, the target position curve, to always pass through the fixed point Z P, the target position curve is changed. At this time, the displacement v is calculated as R S −R i .

図8は、固定位置Wが守られる必要があるときに、目標位置曲線Rを適合する手順を概略的に示す。この例は、(長さLの)転轍機を示す。この転轍機内では、当該目標位置曲線が、接線に沿って(W)から(W)まで延在しなければならない。このため、既に計算された目標位置曲線の点P及びPが提供される。ここでは、上記のように、3次元スプライン曲線が新たに計算され、この3次元スプライン曲線の最初の接線(t,t)及び最後の接線(t,t)並びに始点(P,W)及び終点(W,P)が予め設定される。新しい目標位置曲線(RS′)と先行する目標位置曲線(R)との間の偏差が、常に車両の走行に顕著に影響しないように、LkA及びLkEが選択される。このとき、保全機械の弦が、当該得られた最終的な目標位置曲線(RS′)にわたって数値移動する。その結果として、目標偏差の推移が得られる。目標位置曲線(RS′)と実際位置曲線(R)との間の偏差が、方向に対する補正値を提供する。 FIG. 8 schematically shows a procedure for fitting the target position curve RS when the fixed position W needs to be observed. This example demonstrates the (length L W) Tentetsuki. In the switch, the target position curve must extend from (W A ) to (W E ) along the tangent line. Therefore, already P A and P E point calculated target position curve is provided. Here, as described above, a three-dimensional spline curve is newly calculated, and the first tangent (t A , t W ), the last tangent (t E , t W ), and the start point (P A ) of the three-dimensional spline curve are calculated. , W E ) and end point (W A , P E ) are preset. L kA and L kE are selected so that the deviation between the new target position curve (R S ′ ) and the preceding target position curve (R S ) does not always significantly affect the running of the vehicle. At this time, the string of the maintenance machine moves numerically over the obtained final target position curve (R S ′ ). As a result, the transition of the target deviation is obtained. The deviation between the target position curve (R S ′ ) and the actual position curve (R i ) provides a correction value for the direction.

図9は、実際の高さグラフ(x=0)15を概略的に示す。勾配変化点NWが、急カーブによって高さの推移において認識できる。例えば回帰関数(例えば、線形回帰直線)が、複数の勾配変化点間(一定の上り坂又は下り坂)で計算される。別の回帰関数も使用され得る。以下で、当該方法を線形回帰直線に基づいて例示する。当該勾配変化点の位置をより正確に算定するため、最初に、(例えば50mの波長までの)短い波長成分が、フィルタリングされるように、高さグラフ15が、デジタルフィルタによってフィルタリングされる。滑らかな高さ推移17が、当該フィルタリングから得られる。当該フィルタリングされた高さ推移17は、数値二階微分される。容易に検出することができる明瞭なピーク値が、当該二階微分によって当該勾配変化点で発生する。当該最大値(当該勾配変化点での最大勾配部分の中心)は、当該勾配変化点の位置を示す。   FIG. 9 schematically shows an actual height graph (x = 0) 15. The gradient change point NW can be recognized in the transition of height by a sharp curve. For example, a regression function (for example, a linear regression line) is calculated between a plurality of gradient change points (a constant uphill or downhill). Other regression functions can also be used. In the following, the method is illustrated based on a linear regression line. In order to more accurately determine the position of the gradient change point, the height graph 15 is first filtered by a digital filter so that short wavelength components (eg up to a wavelength of 50 m) are filtered. A smooth height transition 17 is obtained from the filtering. The filtered height transition 17 is subjected to numerical second order differentiation. A clear peak value that can be easily detected is generated at the gradient change point by the second-order differentiation. The maximum value (the center of the maximum gradient portion at the gradient change point) indicates the position of the gradient change point.

回帰直線上に存在する点NW及びNWが、勾配変化点NWのこうして算定されたこの位置によって、曲率半径と曲率半径との成す間隔(一般に6mの長さ)の左側と右側とで算定される。次いで、これらの点は、例えば3次元スプライン曲線18によって結合される。点NW及びNWにおける回帰直線の接線並びに点NW及びNW自体が、3次元スプライン曲線18に対する境界条件として適用される。その結果、縦軸方向の目標高さグラフHが得られる。次いで、保線機械の弦L、a、bが、当該縦軸方向の目標高さグラフH上で当該曲線に沿って数値移動される。このとき、その結果として、縦軸方向の目標高さfが得られる。縦軸方向の目標高さグラフと縦軸方向の実際高さグラフとの間の偏差が、高さΔzに対する補正値を提供する。 Calculated by NW A and NW E points present in the regression straight line is, the thus calculated has been the position of the gradient change point NW, the left and right gap formed between the radius of curvature and the curvature radius (length of generally 6 m) Is done. These points are then joined by, for example, a three-dimensional spline curve 18. Tangent and point NW A and NW E itself of the regression line at point NW A and NW E is applied as a boundary condition for the cubic spline curve 18. As a result, the target height graph H S of the vertical axis direction is obtained. Then, track maintenance machine chord L, a, b are numerical moved along the curve in the longitudinal direction of the target height on the graph H S. At this time, as a result, the target height f L of the vertical axis direction is obtained. The deviation between the target height graph in the vertical axis and the actual height graph in the vertical axis provides a correction value for the height Δz.

下のグラフは、どのようにして底上げ値(Hebewerte)が偏差Δzから算出されるかを示す。保全機械は、底上げ(Hebungen)だけを実行し20、底下げ(Setzungen)(補正値の負の符号)を実行しない。それ故に、負の最大補正値|H|が、線形回帰直線の範囲内で算出される。この値は、算出された全ての補正値に加算される。新しい基準線Nが得られる。したがって、全ての補正値Hが、正にされ、当該保線機械によって実行され得る。こうして算出された底上げ補正値(25)が、許容最大底上げ値Hmaxを超えると、その超えた部分の領域(ハッチング領域)が、その最大底上げ値に簡単に制限される。 The lower graph shows how the raised value (Hebewerte) is calculated from the deviation Δz. The maintenance machine performs only Hebgen 20 and does not perform Setzungen (the negative sign of the correction value). Therefore, the negative maximum correction value | H | is calculated within the range of the linear regression line. This value is added to all the calculated correction values. A new reference line N L is obtained. Thus, all correction values H can be made positive and executed by the track maintenance machine. When the calculated bottom-up correction value (25) exceeds the allowable maximum bottom-up value Hmax , the area (hatched area) in the excess is easily limited to the maximum bottom-up value.

1 車輪、位置グラフ
2 車輪対、傾斜グラフ、縦断面図
3 車輪対、座標値、実際位置曲線
4 ねじり軸
5 慣性航行装置
6 横方向
7 距離センサ
8 測定車両フレーム
9 垂直シリンダ
10 傾斜シリンダ
11 摩擦軸受
12 レール
14 空気圧シリンダ
15 実際の高さグラフ
17 滑らかな高さ推移、フィルタリングされた高さ推移
18 3次元スプライン曲線
20 底上げ、補正線
21 機械フレーム、補正すべき軌道位置
24 オドメータ(走行距離計)
25 底上げ補正値
A 軌道測定車両
B 高精度軌道補正機構
D 等間隔区間
N 北
W 固定位置
NW 勾配変化点
SPW 軌間
RAP 車輪間隔
AR 補正機構の作動方向
RS 最適化された軌道目標位置、目標位置曲線、目標位置グラフ
RI 実際位置曲線
SPL1 スプライン方程式
SPL2 スプライン方程式
SPL3 3次元多項式
Φ ロール角
Θ 傾斜角
Ψ 方位角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wheel, position graph 2 Wheel pair, inclination graph, longitudinal section 3 Wheel pair, coordinate value, actual position curve 4 Torsion shaft 5 Inertial navigation device 6 Lateral direction 7 Distance sensor 8 Measurement vehicle frame 9 Vertical cylinder 10 Inclination cylinder 11 Friction Bearing 12 Rail 14 Pneumatic cylinder 15 Actual height graph 17 Smooth height transition, filtered height transition 18 3D spline curve 20 Bottom up, correction line 21 Machine frame, track position to be corrected 24 Odometer (Odometer) )
25 Bottom raising correction value A Trajectory measurement vehicle B High precision trajectory correction mechanism D Equally spaced section N North W Fixed position NW Gradient change point SPW Gauge RAP Wheel interval AR Correction mechanism operating direction RS Optimized trajectory target position and target position curve , Target position graph RI actual position curve SPL1 spline equation SPL2 spline equation SPL3 three-dimensional polynomial Φ roll angle Θ tilt angle Ψ azimuth angle

Claims (10)

軌道位置を最適化し、1つの機械フレーム(21)に支持された少なくとも2つの車軸と1つの航行装置と車輪(1)をレール(12)に押圧するための1つの設備(7,6,9,10)と前記レール(12)の曲線の長さ(s)を測定するための走行距離計(24)とを有する軌道を走行可能な軌道測定車両(A)による測定走行後に、軌道を走行可能な鉄道保守機械を操縦するための方法において、
最初に、測定走行が、慣性航行装置(INS,5)を備えた、軌道を走行可能な前記軌道測定車両(A)によって実行され、この軌道測定車両(A)の車輪(1)が、前記レール(12)に押圧され、前記曲線の長さが、前記走行距離計(24)によって測定され、前記慣性航行装置(INS,5)の、デカルト座標系(x,y,z)に対する角度位置(ΔΨ、ΔΦ、ΔΘ)が測定され記憶されること、及び、
前記測定走行後に、当該座標空間内の前記慣性航行装置(INS,5)の軌道
の座標点(P)が、補間計算によって、当該記憶された角度位置(ΔΨ、ΔΦ、ΔΘ)から算出され、前記軌道
のこうして最適化された座標点(P)から、位置グラフ(1)が、z成分を零に設定することによって作成され、縦断面図(2)が、x成分を零に設定することによって生成され、その後に、数学結合関数によって算定された1つの曲線が、前記座標点(P)にわたって描かれることを特徴とする当該方法。
One facility (7, 6, 9) for optimizing the track position and for pressing at least two axles, one navigation device and wheels (1) supported on one machine frame (21) against the rail (12) , 10) and a odometer (24) for measuring the length (s) of the curve of the rail (12), the vehicle travels on the track after the measurement run by the track measuring vehicle (A) capable of running on the track. In a method for manipulating possible railway maintenance machines,
First, a measurement run is performed by the track measuring vehicle (A) capable of traveling on a track with an inertial navigation device (INS, 5), the wheels (1) of the track measuring vehicle (A) being The angular position of the inertial navigation device (INS, 5) with respect to the Cartesian coordinate system (x, y, z) is pressed by the rail (12), the length of the curve is measured by the odometer (24) (ΔΨ, ΔΦ, ΔΘ) is measured and stored, and
The trajectory of the inertial navigation device (INS, 5) in the coordinate space after the measurement run
Coordinate point (P i ) is calculated from the stored angular positions (ΔΨ, ΔΦ, ΔΘ) by interpolation calculation, and the trajectory
From the coordinate point (P i ) thus optimized, the position graph (1) is created by setting the z component to zero, and the longitudinal section (2) is obtained by setting the x component to zero. The method, characterized in that a curve generated and then calculated by a mathematical combination function is drawn over the coordinate points (P i ).
より高次の複数の回帰関数(SPL1,SPL2)が、前記座標点(P)にわたって描かれ、この数学結合関数(SPl2)が、これらの回帰関数(SPL1,SPL2)の終点(P,P)とこれらの回帰関数(SPL1,SPL2)の端部節点(t,t)とを介して延在するように、1つの範囲(L)内の互いに隣接するこれらの回帰関数が、より高次の1つの数学結合関数(SPL3)に互いに接続され、その後に、固定点(Z)が、境界条件を決める場合は、1つの目標位置曲線が、角度補正値(Δφ)を重畳することによって適合され、始点(W)と終点(W,L)とに対して境界条件を決める固定位置(W)が、より高次の複数の数学結合関数(22,23)を用いて1つの繊維長さ(LkA,LkE)にわたって適合されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 A plurality of higher order regression functions (SPL1, SPL2) are drawn over the coordinate points (P i ), and this mathematical combination function (SPl2) is the end point (P 1 , SPL2) of these regression functions (SPL1, SPL2). P 2) and these regression function (SPL 1, the end nodes of SPL2) (t 1, t 2 ) and so as to extend through these regression function adjacent to each other within one range (L u) Are connected to one higher-order mathematical combination function (SPL3), and then the fixed point (Z P ) determines the boundary condition, one target position curve is the angle correction value (Δφ) adapted by superimposing a starting point (W a) and end point (W, L W) fixed position to determine the boundary conditions for the (W) is higher order plurality of mathematical combination function (22, 23) One fiber length (L kA , L The method of claim 1, wherein the method is adapted over kE ). 公差が、境界条件を決める固定位置(W)と固定点(Z)とに対して予め設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, characterized in that the tolerance is preset for a fixed position (W) and a fixed point (Z P ) that determine the boundary conditions. 複数の勾配変化点(NW)が、前記縦断面図(2)、すなわち高さグラフ(15)内で算出され、複数の回帰関数(HSi)が、前記複数の勾配変化点間の複数の区間に対して計算されること、
1つの目標高さ曲線(HSi)に対して、複数の勾配変化点遷移点(NW,NW)が、複数の数学遷移関数によって描かれること、及び
底上げ補正値が、正に規定されるように、補正線(20)の全体が、「沈下」(H)の最大値だけ底上げされるか、又は、絶対値(|H|)が、前記「沈下」(H)の最大値に加算され、最大許容底上げ値(Hmax)を超える値(25)が切り取られ実行さないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
A plurality of gradient change points (NW) are calculated in the longitudinal cross-sectional view (2), ie, the height graph (15), and a plurality of regression functions (H Si ) are calculated between the plurality of gradient change points. Being calculated for the interval,
For one target height curve (H Si ), a plurality of gradient change point transition points (NW A , NW E ) are drawn by a plurality of mathematical transition functions, and a bottom-up correction value is defined positively. Thus, the entire correction line (20) is raised by the maximum value of “sink” (H), or the absolute value (| H |) becomes the maximum value of “sink” (H). It is added, the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that no maximum permissible raised value (H max) greater than the value (25) is cut out.
保線機械の1つの作業用弦(a,b,P,P,P)が、1つの目標位置曲線と1つの目標高さ推移とにわたって計算して移動され、方向に対する目標偏差(f)と縦軸方向の目標高さ(f,PLh,PLv,L,a,b)とが算出され、このときに、目標位置曲線(R)と実際の位置曲線(R)との差が、前記方向(v)に関する補正値を生成し、目標高さ推移と実際高さ推移との差が、底上げに関する補正値(H)を生成し、これにより、三角測量法にしたがう前記保線機械の制御に必要な制御信号(v,H並びにf及びf)が、前記保線機械の制御系に伝達されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 One working string (a, b, P H , P a , P V ) of the track maintenance machine is calculated and moved over one target position curve and one target height transition, and a target deviation (f S ) and the target height (f L , P Lh , P Lv , L, a, b) in the vertical axis direction are calculated. At this time, the target position curve (R S ) and the actual position curve (R i ) are calculated. ) To generate a correction value for the direction (v), and the difference between the target height transition and the actual height transition to generate a correction value (H L ) for the bottom elevation, thereby triangulation 5. Control signals (v, H L and f S and f L ) necessary for controlling the track maintenance machine according to the above are transmitted to the control system of the track maintenance machine. The method according to item. 1つの目標位置曲線(SPL1,SPL2,SPL3)の分析数学グラフが、2回微分されること、及び、当該2回の微分から得られる曲率(1/R)が、通常の曲率グラフ(k,k)として前記曲線の長さに依存して表示され、前記目標高さ(H)が、同様に2回微分され、高さの曲率グラフとして前記曲線の長さに依存して表示されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 The analysis mathematical graph of one target position curve (SPL1, SPL2, SPL3) is differentiated twice, and the curvature (1 / R) obtained from the two differentiations is the normal curvature graph (k 1 , K 2 ) depending on the length of the curve, the target height (H S ) is similarly differentiated twice and displayed as a curvature graph of the height depending on the length of the curve. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein: 慣性航行装置又は慣性測定システム(INS;5)を有する軌道測定車両(A)が、保線機械の後ろで牽引され、軌道位置誤差(H,v)、カント誤差(Δu)及び軌道幅誤差(ΔSPW)が、検査記録中に作業後に維持される残留誤差として記録されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 An orbit measuring vehicle (A) having an inertial navigation device or an inertial measurement system (INS; 5) is towed behind a track maintenance machine, and an orbital position error (H L , v), a cant error (Δu) and an orbital width error ( The method according to claim 1, wherein ΔSPW) is recorded as a residual error maintained after work during inspection recording. 軌道位置を最適化し、1つの機械フレーム(21)に支持された少なくとも2つの車軸と1つの航行装置と車輪(1)を、2つのレール(12)を有する軌道に押圧するための1つの設備(7,6,9,10)と前記レール(12)の曲線の長さ(s)を測定するための走行距離計(24)とを有する軌道を走行可能な軌道測定車両(A)による測定走行後に、軌道を走行可能な鉄道保守機械を操縦するための設備において、
前記軌道測定車両(A)は、対向する長手側面の領域内に、それぞれ1本のレールに割り当てられたそれぞれ少なくとも2つの車輪(1)を有する複数の車輪群を備え、これらの車輪群は、1つの軌道測定車両横軸(4)を中心にして互いにねじれ可能に支承されていること、及び、前記軌道測定車両(A)は、慣性航行装置(INS;5)と前記車輪(1)を前記レール(12)に押圧するための設備(7,6,9,10)と前記レール(12)の曲線の長さ(s)を測定するための走行距離計(24)とを備えることを特徴とする当該設備。
One facility for optimizing the track position and for pushing at least two axles, one navigation device and wheels (1) supported on one machine frame (21) into a track with two rails (12) Measurement by a track measuring vehicle (A) capable of traveling on a track having (7, 6, 9, 10) and a odometer (24) for measuring the length (s) of the curve of the rail (12). In the equipment for maneuvering the railway maintenance machine that can travel on the track after traveling,
The track measuring vehicle (A) comprises a plurality of wheel groups each having at least two wheels (1) each assigned to one rail in the region of the opposing longitudinal sides, these wheel groups being The track measuring vehicle (A) is supported so as to be twistable with respect to one track measuring vehicle horizontal axis (4), and the track measuring vehicle (A) includes an inertial navigation device (INS; 5) and the wheel (1). A facility (7, 6, 9, 10) for pressing against the rail (12) and an odometer (24) for measuring the length (s) of the curve of the rail (12). The equipment in question.
前記車輪(1)を前記レール(12)に押圧するための前記設備は、調整駆動部を有し、この調整駆動部によって、前記車輪群が、前記車輪(1)の車輪リムをレール頭部の内側面に押圧するために前記軌道測定車両横軸(4)の方向に摺動可能であることを特徴とする請求項8に記載の設備。   The equipment for pressing the wheel (1) against the rail (12) has an adjustment drive unit, by which the wheel group causes the wheel rim of the wheel (1) to move to the rail head. 9. Equipment according to claim 8, characterized in that it is slidable in the direction of the trajectory measuring vehicle horizontal axis (4) in order to press against the inner surface of the vehicle. 前記軌道測定車両横軸(4)に割り当てられたセンサ(7)が、軌道幅(SPW)を測定するために設けられていることを特徴とする請求項9に記載の設備。   10. Equipment according to claim 9, characterized in that a sensor (7) assigned to the trajectory measuring vehicle horizontal axis (4) is provided for measuring the trajectory width (SPW).
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